ESD知識大全

ESD的意思是“靜電釋放”的意思，它是英文：Electro-Static discharge 的縮寫，即"靜電放電"的意思。ESD是本世紀中期以來形成的以研究靜電的產生、危害及靜電防護等的學科。因此，國際上習慣將用于靜電防護的器材統稱為“ESD”，中文名稱為靜電阻抗器。

　　一.ESD知識介紹

　　靜電是一種客觀的自然現象，產生的方式多種，如接觸、摩擦等。靜電的特點是高電壓、低電量、小電流和作用時間短的特點。

　　人體自身的動作或與其他物體的接觸，分離，摩擦或感應等因素，可以產生幾千伏甚至上萬伏的靜電。

　　靜電在多個領域造成嚴重危害。摩擦起電和人體靜電是電子工業中的兩大危害。

　　生產過程中靜電防護的主要措施為靜電泄露、耗散、中和、增濕，屏蔽與接地。

　　人體靜電防護系統主要有防靜電手腕帶，腳腕帶，工作服、鞋襪、帽、手套或指套等組成，具有靜電泄露，中和與屏蔽等功能。

　　靜電防護工作是一項長期的系統工程，任何環節的失誤或疏漏，都將導致靜電防護工作的失敗。

　　靜電的危害：

　　靜電在我們的日常生活中可以說是無處不在，我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓，幾千伏甚至幾萬伏。平時可能體會不到，人走過化纖的地毯靜電大約是35000伏，翻閱塑料說明書大約7000伏，對于一些敏感儀器來講，這個電壓可能會是致命的危害。

　　靜電學主要研究靜電應用技術，如靜電除塵、靜電復印、靜電生物效應等。更主要的是靜電防護技術，如電子工業、石油工業、兵器工業、紡織工業、橡膠工業以及興航與**領域的靜電危害，尋求減少靜電造成的損失近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越復雜，靜電放電的電磁場效應如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題，已經成為一個迫切需要解決的問題。一方面，一些電阻率很高的高分子材料如塑料,橡膠等的制品的廣泛應用以及現代生產過程的高速化,使得靜電能積累到很高的程度,另一方面，靜電敏感材料的生產和使用, 如輕質油品, 火藥, 固態電子器件等,工礦企業部門受靜電的危害也越來越突出,靜電危害造成了相當嚴重的后果和損失。它可以在不經意間將昂貴的電子器件擊穿，造成電子工業年損失達上百億美元。在興航工業，靜電放電造成火箭和衛星發射失敗，干擾興航飛行器的運行。1967年7月29日，美國Forrestal航空母艦上發生嚴重事故，一架A4飛機上的導彈突然點火，造成了7200萬美元的損失，并損傷了134人，調查結果是導彈屏蔽接頭不合格，靜電引起了點火。1969年底在不到一個月的時間內荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產生的靜電引起相繼發生爆炸。

　　我國近年來在石化企業曾發生30多起因靜電造成了嚴重火災爆炸事故。許多工業發達國家都建立了靜電研究機構，我國從60年代末開始開展了一些靜電研究工作，80年代開始以來,我國的靜電研究發展極為迅速。1981年成立了中國物理學會靜電專業委員會并召開了弟一次國內靜電學術會議,國內性的和各地方的靜電學術會議不斷召開，靜電研究和應用的范圍也越來越廣,科研隊伍不斷壯大。

　　二.什么是ESD？

　　簡言之，ESD就是電荷的快速中和，電子工業每年花在這上面的費用有數十億美元之多。我們知道所有的物質都由原子構成，原子中有電子和質子。當物質獲得或失去電子時，它將失去電平衡而變成帶負電或正電，正電荷或負電荷在材料表面上積累就會使物體帶上靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產生，也可由摩擦引起，稱為摩擦起電。

　　有許多因素會影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數和分離速度等。靜電電荷會不斷積累，直到造成電荷產生的作用停止、電荷被泄放或者達到足夠的強度可以擊穿周圍物質為止。電介質被擊穿后，靜電電荷會很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會很大，可能超過20安培，如果這種放電通過集成電路或其他靜電敏感元件進行，這么大的電流將對設計為僅導通微安或毫安級電流的電路造成嚴重損害。

　　有多種模型可以用來表述器件如何受到損害，如人體模型(HBM)、機器模型(MM)、帶電器件模型(CDM)以及電場對器件的影響等。對于自動裝配設備而言，主要考慮后三種損壞模型(模式)，我們在下面分別進行討論。

　　機器模型/模式自動裝配設備使用導軌、傳動帶、滑道、元件運送器和其他裝置來移動器件使之按工藝要求的方向運動，如果設備設計不當，傳動帶和運送系統上可能會積累大量電荷，這些電荷將在工藝過程中通過器件泄放。設備部件通過器件放電就稱為機器模型/模式。

　　帶電器件模型/模式如果一個器件因某種原因累積了電荷并與一個帶電少的表面相接觸，電荷就會通過器件上的導電部分泄放。當器件向其他材料放電時，就稱為帶電器件模式，用帶電器件模型表示。

　　電場影響電場感應會在IC阻性線路間產生電位差，引起絕緣體介質擊穿。造成失效的另一個原因是器件上的電荷在電場中會被極化，從而產生電位差并向異性電荷放電，形成雙重放電或中和。在ESD控制中使用了具有不同電阻特性的材料，這些材料用在自動裝配設備中可以獲得理想的效果。描述材料電阻特性通常用表面電阻率或體電阻率。

　　三.常見概念及應用

　　表面電阻率簡單地說表面電阻率就是同一表面上兩電極之間所測得的電阻值，將電極形狀和電阻值結合在一起通過計算可得到單位面積的電阻值。現在市面上可以買得到讀數為單位面積電阻值的測量儀。

　　體電阻率體電阻率是通過材料厚度的電阻值，單位是Ω·cm。

　　導電材料導電材料指表面電阻率和體電阻率分別小于106Ω和106Ω·cm的材料。

　　耗散材料耗散材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1012Ω或1012Ω·cm的材料。

　　防靜電材料“防靜電”指的是能夠抑制電荷累積，可以在材料制造過程中添加或者局部加入某種物質得到這種特性。防靜電材料無需用表面或體電阻率表示。

　　導電添加劑和薄膜如果由于成本或者其他設計上的原因只能使用塑料材料或復合材料時，可以使用添加劑改善靜電特性，將添加劑混入塑料材料中，根據添加劑和樹脂百分比不同可獲得所需的導電性或耗散性。

　　在樹脂中加入纖維可以使之獲得導電性或耗散性并增強強度，這種纖維可能本身就有導電性或者采用了表面電鍍工藝。雖然添加纖維可得到這些好處，但它也改變了收縮率和韌性。填充劑可以提供導電性和耗散性，增加強度，但常常會降低基體樹脂的硬度。表1是一些常見的導電添加劑。

　　傳送帶傳送帶用來輸送元件、PCB和其他器件，材料一般為塑料、纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機器其他部分傳來的器件，那么它應該采用耗散性材料。當傳動帶表面電阻率為1～106Ω時，它會使帶電器件放電速度太快，對器件造成損害；當表面電阻在106～109Ω時，只要傳送帶通過轉輪滑輪和機架良好接地，傳送帶上就不會帶電。

　　另一個要考慮的問題是傳送帶速度。如果傳送帶運動速度太快，器件放到傳送帶上時就可能會滑動(或者器件保持不動而傳送帶繼續在動)，這時就會形成摩擦生電，傳送帶如果接地能使電荷耗散掉，但是器件或PC板仍帶有電荷而會造成危害。

　　導向裝置和導軌導向裝置和導軌用來提供通道或者使器件放于一個固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料應能使電荷耗散掉并且防止器件摩擦生電。表面電阻率為106Ω的材料具有良好耗散性而且不會損傷器件，如果送入的器件處于無靜電狀態，也可以使用導電性材料(表面電阻率低于106Ω)。

　　四.ESD靜電保護總則:

　　1.概述

　　隨著多媒體應用在每個人的日常生活中扮演的角色日益增長，計算機與消費電子之間的關系也日益密切，對便攜性和功能性方面的增長會有持續性的需求。這就要求元件有更高的集成度——總的趨勢卻是導致敏感而昂貴的芯片,由于存在外部接口的ESD浪涌而遭到損壞的風險也在增長。

　　為了抵消這種風險，Philips提供了一系列寬范圍的完整分立產品，致力于保護、消除和濾波所有相關的I/O 端口。Philips 的保護器件兼容濟高的ESD標準，這對所有CE 設備都是必須的：IEC 61000-4-2 level 4，8 kV（接觸放電）和15kV（非接觸放電）。

　　作為USB 開發人論壇的關鍵成員，Philips 提供了多種保護解決方案，包括用于USB接口的濾波和消除器件，范圍從主板到筆記本。

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